第9章 控制器

1、計(jì)算機(jī)組成原理第第9 9章章 控制器控制器第第9 9章章 控制器控制器9.1 9.1 控制器的功能和一般組織控制器的功能和一般組織9.2 9.2 控制器的基本概念控制器的基本概念9.3 9.3 時(shí)序產(chǎn)生器和控制方式時(shí)序產(chǎn)生器和控制方式9.4 9.4 硬布線控制器硬布線控制器9.5 9.5 微程序控制器微程序控制器9.1 9.1 控制器的功能和一般組織控制器的功能和一般組織n 計(jì)算機(jī)的控制器可以完成許多功能：計(jì)算機(jī)的控制器可以完成許多功能：p對(duì)對(duì)CPUCPU的控制的控制p對(duì)存儲(chǔ)器的控制對(duì)存儲(chǔ)器的控制p對(duì)輸入輸出的控制對(duì)輸入輸出的控制n 控制器設(shè)計(jì)的趨勢(shì)控制器設(shè)計(jì)的趨勢(shì)p輸入輸出和存儲(chǔ)器采用異步控

2、制，不依靠中央時(shí)鐘同步。輸入輸出和存儲(chǔ)器采用異步控制，不依靠中央時(shí)鐘同步。p不采用集中控制，而是分布控制（如存儲(chǔ)器、不采用集中控制，而是分布控制（如存儲(chǔ)器、I/OI/O有自己的有自己的控制器）控制器）p控制器不標(biāo)準(zhǔn)化，最為靈活和標(biāo)準(zhǔn)化的共同方法是微程序控制器不標(biāo)準(zhǔn)化，最為靈活和標(biāo)準(zhǔn)化的共同方法是微程序9.1 9.1 控制器的功能和一般組織控制器的功能和一般組織n 控制器的具體功能控制器的具體功能1 1、指令控制（取指令）、指令控制（取指令）p產(chǎn)生下一條指令在內(nèi)存中的地址；產(chǎn)生下一條指令在內(nèi)存中的地址；p計(jì)算機(jī)的工作過程實(shí)際是一個(gè)計(jì)算機(jī)的工作過程實(shí)際是一個(gè)取指令取指令分析指令分析指令執(zhí)行指執(zhí)行指

3、令令的循環(huán)；的循環(huán)；p上電上電產(chǎn)生復(fù)位信號(hào)產(chǎn)生復(fù)位信號(hào)執(zhí)行程序執(zhí)行程序停機(jī)停機(jī)下電。下電?？刂破鞯氖滓蝿?wù)應(yīng)該是保證指令流正常運(yùn)轉(zhuǎn)，即?？刂破鞯氖滓蝿?wù)應(yīng)該是保證指令流正常運(yùn)轉(zhuǎn)，即保證按程序中規(guī)定的指令順序完成指令的執(zhí)行證按程序中規(guī)定的指令順序完成指令的執(zhí)行9.1 9.1 控制器的功能和一般組織控制器的功能和一般組織n 控制器的具體功能控制器的具體功能2 2、分析指令、分析指令p或叫解釋指令、指令譯碼等。是對(duì)當(dāng)前取得的指令進(jìn)行或叫解釋指令、指令譯碼等。是對(duì)當(dāng)前取得的指令進(jìn)行分析，指出它要求作什么操作，并產(chǎn)生相應(yīng)的操作控制分析，指出它要求作什么操作，并產(chǎn)生相應(yīng)的操作控制命令，如果參與操作的數(shù)據(jù)在

4、存儲(chǔ)器中，還需要形成操命令，如果參與操作的數(shù)據(jù)在存儲(chǔ)器中，還需要形成操作數(shù)地址。作數(shù)地址。9.1 9.1 控制器的功能和一般組織控制器的功能和一般組織n 控制器的具體功能控制器的具體功能3 3、執(zhí)行指令、執(zhí)行指令p根據(jù)分析指令時(shí)產(chǎn)生的根據(jù)分析指令時(shí)產(chǎn)生的“操作命令操作命令”和和“操作數(shù)地址操作數(shù)地址”形形成相應(yīng)的成相應(yīng)的操作控制信號(hào)序列操作控制信號(hào)序列，通過，通過CPUCPU及輸入輸出設(shè)備的及輸入輸出設(shè)備的執(zhí)行，實(shí)現(xiàn)每條指令的功能，其中還包括對(duì)運(yùn)算結(jié)果的處執(zhí)行，實(shí)現(xiàn)每條指令的功能，其中還包括對(duì)運(yùn)算結(jié)果的處理以及下條指令地址的形成。理以及下條指令地址的形成。p此外，程序和數(shù)據(jù)要輸入機(jī)器，運(yùn)算結(jié)果

5、要輸出，機(jī)器運(yùn)此外，程序和數(shù)據(jù)要輸入機(jī)器，運(yùn)算結(jié)果要輸出，機(jī)器運(yùn)行過程中出現(xiàn)的某些異常情況或請(qǐng)求要進(jìn)行處理，人與機(jī)行過程中出現(xiàn)的某些異常情況或請(qǐng)求要進(jìn)行處理，人與機(jī)器之間要進(jìn)行對(duì)話，因此控制器還應(yīng)該具有以下功能：器之間要進(jìn)行對(duì)話，因此控制器還應(yīng)該具有以下功能：9.1 9.1 控制器的功能和一般組織控制器的功能和一般組織n 控制器的具體功能控制器的具體功能4 4、控制程序和數(shù)據(jù)的輸入與結(jié)果輸出、控制程序和數(shù)據(jù)的輸入與結(jié)果輸出p根據(jù)程序的安排或人的干預(yù)，在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候向輸入輸出設(shè)根據(jù)程序的安排或人的干預(yù)，在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候向輸入輸出設(shè)備發(fā)出一些相應(yīng)的命令來完成備發(fā)出一些相應(yīng)的命令來完成I/OI/O功能，這

6、實(shí)際上也是通功能，這實(shí)際上也是通過執(zhí)行程序來完成的。過執(zhí)行程序來完成的。9.1 9.1 控制器的功能和一般組織控制器的功能和一般組織n 控制器的具體功能控制器的具體功能5. 5. 對(duì)異常情況和某些請(qǐng)求的處理對(duì)異常情況和某些請(qǐng)求的處理n 當(dāng)機(jī)器出現(xiàn)某些異常情況，此時(shí)由這些部件當(dāng)機(jī)器出現(xiàn)某些異常情況，此時(shí)由這些部件/ /設(shè)備發(fā)出設(shè)備發(fā)出(1) (1) “中斷請(qǐng)求中斷請(qǐng)求”信號(hào)。信號(hào)。待待CPUCPU執(zhí)行完當(dāng)前指令后執(zhí)行完當(dāng)前指令后，響應(yīng)該請(qǐng)求，響應(yīng)該請(qǐng)求，中止當(dāng)前執(zhí)行的程序，轉(zhuǎn)去執(zhí)行中斷程序。當(dāng)處理完畢，中止當(dāng)前執(zhí)行的程序，轉(zhuǎn)去執(zhí)行中斷程序。當(dāng)處理完畢后，再返回原程序繼續(xù)運(yùn)行下去。后，再返回原程序

7、繼續(xù)運(yùn)行下去。(2)(2)”DMADMA請(qǐng)求請(qǐng)求”信號(hào)。信號(hào)。等等CPUCPU完成當(dāng)前機(jī)器周期操作后完成當(dāng)前機(jī)器周期操作后，暫停，暫停工作，讓出總線給工作，讓出總線給I/OI/O設(shè)備，在完成設(shè)備，在完成I/OI/O設(shè)備與存儲(chǔ)器之間設(shè)備與存儲(chǔ)器之間的傳送數(shù)據(jù)操作后，的傳送數(shù)據(jù)操作后，CPUCPU從暫時(shí)中止的機(jī)器周期開始繼續(xù)從暫時(shí)中止的機(jī)器周期開始繼續(xù)執(zhí)行指令。執(zhí)行指令。DMADMA操作不允許改變操作不允許改變CPUCPU中任一寄存器狀態(tài)中任一寄存器狀態(tài)( (除除DMADMA專用專用部件外部件外) )，否則會(huì)影響，否則會(huì)影響CPUCPU工作的正確性。工作的正確性。9.1 9.1 控制器的功能和一般

8、組織控制器的功能和一般組織n 控制器的一般組織控制器的一般組織1. 1. 程序計(jì)數(shù)器程序計(jì)數(shù)器(PC)(PC)n 即程序計(jì)數(shù)器。在某些計(jì)算機(jī)中用來存放當(dāng)前正在執(zhí)行的指即程序計(jì)數(shù)器。在某些計(jì)算機(jī)中用來存放當(dāng)前正在執(zhí)行的指令地址；而在另一些計(jì)算機(jī)中則用來存放即將要執(zhí)行的下一令地址；而在另一些計(jì)算機(jī)中則用來存放即將要執(zhí)行的下一條指令地址；而在有指令預(yù)取功能的計(jì)算機(jī)中，一般還需要條指令地址；而在有指令預(yù)取功能的計(jì)算機(jī)中，一般還需要增加一個(gè)程序計(jì)數(shù)器用來存放下一條要取出的指令地址。增加一個(gè)程序計(jì)數(shù)器用來存放下一條要取出的指令地址。2. 2. 指令寄存器指令寄存器(IR)(IR)n 用以存放當(dāng)前正在執(zhí)行的

9、指令，以便在指令執(zhí)行過程中，控用以存放當(dāng)前正在執(zhí)行的指令，以便在指令執(zhí)行過程中，控制完成一條指令的全部功能。制完成一條指令的全部功能。9.1 9.1 控制器的功能和一般組織控制器的功能和一般組織n 控制器的一般組織控制器的一般組織3. 3. 指令譯碼器或操作碼譯碼器指令譯碼器或操作碼譯碼器n 對(duì)指令寄存器中的操作碼進(jìn)行分析解釋，產(chǎn)生相應(yīng)的控制信對(duì)指令寄存器中的操作碼進(jìn)行分析解釋，產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號(hào)。號(hào)。n 在執(zhí)行指令過程中，需要形成有一定時(shí)序關(guān)系的操作控制信在執(zhí)行指令過程中，需要形成有一定時(shí)序關(guān)系的操作控制信號(hào)序列，為此還需要下述組成部分。號(hào)序列，為此還需要下述組成部分。4. 4. 脈沖源及啟

10、停線路脈沖源及啟停線路n 脈沖源產(chǎn)生一定頻率的脈沖信號(hào)作為整個(gè)機(jī)器的時(shí)鐘脈沖，脈沖源產(chǎn)生一定頻率的脈沖信號(hào)作為整個(gè)機(jī)器的時(shí)鐘脈沖，是機(jī)器周期和工作脈沖的基準(zhǔn)信號(hào)，在機(jī)器剛加電時(shí)，還應(yīng)是機(jī)器周期和工作脈沖的基準(zhǔn)信號(hào)，在機(jī)器剛加電時(shí)，還應(yīng)產(chǎn)生一個(gè)總清信號(hào)產(chǎn)生一個(gè)總清信號(hào)(reset)(reset)。啟停線路保證可靠地送出或封鎖。啟停線路保證可靠地送出或封鎖時(shí)鐘脈沖，控制時(shí)序信號(hào)的發(fā)生或停止，從而啟動(dòng)機(jī)器工作時(shí)鐘脈沖，控制時(shí)序信號(hào)的發(fā)生或停止，從而啟動(dòng)機(jī)器工作或使之停機(jī)?；蚴怪C(jī)。9.1 9.1 控制器的功能和一般組織控制器的功能和一般組織n 控制器的一般組織控制器的一般組織5. 5. 時(shí)序控制信

11、號(hào)形成部件時(shí)序控制信號(hào)形成部件n 當(dāng)機(jī)器啟動(dòng)后，在當(dāng)機(jī)器啟動(dòng)后，在CLKCLK時(shí)鐘作用下，根據(jù)當(dāng)前正在執(zhí)行的指時(shí)鐘作用下，根據(jù)當(dāng)前正在執(zhí)行的指令的需要，產(chǎn)生相應(yīng)的時(shí)序控制信號(hào)，并根據(jù)被控功能部件令的需要，產(chǎn)生相應(yīng)的時(shí)序控制信號(hào)，并根據(jù)被控功能部件的反饋信號(hào)調(diào)整時(shí)序控制信號(hào)。的反饋信號(hào)調(diào)整時(shí)序控制信號(hào)。9.1 9.1 控制器的功能和一般組織控制器的功能和一般組織9.1 9.1 控制器的功能和一般組織控制器的功能和一般組織樹形邏輯網(wǎng)絡(luò)樹形邏輯網(wǎng)絡(luò)N節(jié)拍電位節(jié)拍電位/節(jié)拍脈沖發(fā)節(jié)拍脈沖發(fā)生器生器指令指令譯碼器譯碼器指令寄存器指令寄存器啟動(dòng)啟動(dòng)停止停止時(shí)鐘時(shí)鐘復(fù)位復(fù)位M1MiT1TkC1Cn微操作控制

12、信號(hào)微操作控制信號(hào)B1BjI1ImIR來自指令操作碼來自指令操作碼（OPOP）譯碼器的）譯碼器的輸出輸出ImIm； 來自執(zhí)行部件的來自執(zhí)行部件的反饋信息反饋信息Bj Bj 來自時(shí)序產(chǎn)生器的來自時(shí)序產(chǎn)生器的時(shí)序信號(hào)，包括節(jié)時(shí)序信號(hào)，包括節(jié)拍電位信號(hào)拍電位信號(hào)M M和節(jié)和節(jié)拍脈沖信號(hào)拍脈沖信號(hào)T T 邏輯網(wǎng)絡(luò)邏輯網(wǎng)絡(luò)N N的輸出信號(hào)的輸出信號(hào)就就是微操作控制信號(hào)，它用是微操作控制信號(hào)，它用來對(duì)執(zhí)行部件進(jìn)行控制。來對(duì)執(zhí)行部件進(jìn)行控制。 C=f(Im,Mi,Tk,Bj)9.1 9.1 控制器的功能和一般組織控制器的功能和一般組織n CPUCPU內(nèi)部一般都設(shè)置下列寄存器：內(nèi)部一般都設(shè)置下列寄存器：p指令

13、寄存器指令寄存器IRIR；p程序計(jì)數(shù)器程序計(jì)數(shù)器PCPC；p累加寄存器累加寄存器ACAC；p程序狀態(tài)寄存器程序狀態(tài)寄存器PSRPSR；p地址寄存器地址寄存器MARMAR；p數(shù)據(jù)緩沖寄存器數(shù)據(jù)緩沖寄存器MDRMDR（或（或MBRMBR）9.2 9.2 控制器的基本概念控制器的基本概念1 1、指令周期、指令周期p一條指令從主存儲(chǔ)器中取出來到執(zhí)行完畢所需要的時(shí)間。一條指令從主存儲(chǔ)器中取出來到執(zhí)行完畢所需要的時(shí)間。p常將其分成兩個(gè)階段常將其分成兩個(gè)階段取指令取指令& &分析和執(zhí)行指令。分析和執(zhí)行指令。2 2、機(jī)器周期（、機(jī)器周期（CPUCPU周期）周期）p一般將一個(gè)指令周期劃分為若干機(jī)器周期，每個(gè)機(jī)器

14、周期一般將一個(gè)指令周期劃分為若干機(jī)器周期，每個(gè)機(jī)器周期完成一個(gè)基本操作，如取指周期、取數(shù)周期、執(zhí)行周期、完成一個(gè)基本操作，如取指周期、取數(shù)周期、執(zhí)行周期、中斷周期等。中斷周期等。p不同指令周期中機(jī)器周期的種類和數(shù)量可能不同。不同指令周期中機(jī)器周期的種類和數(shù)量可能不同。一般情一般情況下，一條指令所需的最短時(shí)間為兩個(gè)機(jī)器周期：取指周況下，一條指令所需的最短時(shí)間為兩個(gè)機(jī)器周期：取指周期和執(zhí)行周期。期和執(zhí)行周期。p常定義機(jī)器周期的長度為主存的存取周期常定義機(jī)器周期的長度為主存的存取周期TmTm。9.2 9.2 控制器的基本概念控制器的基本概念3 3、節(jié)拍（時(shí)鐘周期、節(jié)拍（時(shí)鐘周期、T T狀態(tài)）狀態(tài)）p

15、將一個(gè)機(jī)器周期等分為若干個(gè)時(shí)間區(qū)間，每一個(gè)時(shí)間區(qū)間將一個(gè)機(jī)器周期等分為若干個(gè)時(shí)間區(qū)間，每一個(gè)時(shí)間區(qū)間稱為一個(gè)節(jié)拍，一個(gè)節(jié)拍對(duì)應(yīng)一個(gè)電位信號(hào)，控制一個(gè)或稱為一個(gè)節(jié)拍，一個(gè)節(jié)拍對(duì)應(yīng)一個(gè)電位信號(hào)，控制一個(gè)或幾個(gè)微操作的執(zhí)行。幾個(gè)微操作的執(zhí)行。p是計(jì)算機(jī)操作的最小時(shí)間單位。是計(jì)算機(jī)操作的最小時(shí)間單位。n 三者關(guān)系三者關(guān)系：p一個(gè)指令周期包含若干個(gè)一個(gè)指令周期包含若干個(gè)CPUCPU周期，一個(gè)周期，一個(gè)CPUCPU周期的功能周期的功能由多個(gè)時(shí)鐘周期來完成。由多個(gè)時(shí)鐘周期來完成。T T周期周期CPUCPU周期周期( (取指令取指令) )CPUCPU周期周期( (執(zhí)行指令執(zhí)行指令) )指令周期指令周期9.2

16、9.2 控制器的基本概念控制器的基本概念4 4、指令執(zhí)行的基本過程、指令執(zhí)行的基本過程n 一條指令的完成大概需要幾個(gè)周期：一條指令的完成大概需要幾個(gè)周期：pFICFIC取指周期取指周期pFDCFDC取數(shù)周期取數(shù)周期pEXECEXEC各種執(zhí)行周期各種執(zhí)行周期pDMAC DMADMAC DMA周期周期pINTCINTC中斷周期中斷周期n 任何機(jī)器周期結(jié)束后都會(huì)檢查任何機(jī)器周期結(jié)束后都會(huì)檢查DMADMA請(qǐng)求請(qǐng)求n 任何執(zhí)行周期結(jié)束后都會(huì)檢查任何執(zhí)行周期結(jié)束后都會(huì)檢查INTINT請(qǐng)求請(qǐng)求9.2 9.2 控制器的基本概念控制器的基本概念取指執(zhí)行5 5、用方框圖語言表示的指令周期、用方框圖語言表示的指令周

17、期方框方框按按CPU周期周期內(nèi)容內(nèi)容數(shù)據(jù)通路數(shù)據(jù)通路操作或控制操作操作或控制操作菱形符號(hào)菱形符號(hào)判別或測(cè)試判別或測(cè)試 公操作公操作9.2 9.2 控制器的基本概念控制器的基本概念微操作信號(hào)微操作信號(hào)例如：有如下數(shù)據(jù)通路例如：有如下數(shù)據(jù)通路9.2 9.2 控制器的基本概念控制器的基本概念A(yù)DD R0，R2 指令完成(R0)+(R2)R0的功能操作SUB R3，R1 指令完成(R3)-(R2)R0的功能操作9.3 9.3 時(shí)序產(chǎn)生器時(shí)序產(chǎn)生器1 1、時(shí)序信號(hào)的作用和體制、時(shí)序信號(hào)的作用和體制思考: 用二進(jìn)制碼表示的指令和數(shù)據(jù)都放在內(nèi)存里，用二進(jìn)制碼表示的指令和數(shù)據(jù)都放在內(nèi)存里，那么那么CPUCPU

18、是怎樣識(shí)別出它們是數(shù)據(jù)還是指令呢是怎樣識(shí)別出它們是數(shù)據(jù)還是指令呢? ?p 從時(shí)間上來說從時(shí)間上來說: : 取指令事件發(fā)生在指令周期的第一個(gè)取指令事件發(fā)生在指令周期的第一個(gè)CPUCPU周期中，即發(fā)生在周期中，即發(fā)生在“取指令取指令”階段，而取數(shù)據(jù)事件發(fā)生在階段，而取數(shù)據(jù)事件發(fā)生在指令周期的后面幾個(gè)指令周期的后面幾個(gè)CPUCPU周期中，即發(fā)生在周期中，即發(fā)生在“執(zhí)行指令執(zhí)行指令”階段。階段。p 從空間上來說從空間上來說: : 如果取出的代碼是指令，那么一定經(jīng)如果取出的代碼是指令，那么一定經(jīng)DRDR送送往指令寄存器往指令寄存器IRIR，如果取出的代碼是數(shù)據(jù)，那么一定送往，如果取出的代碼是數(shù)據(jù)，那么一

19、定送往運(yùn)算器。運(yùn)算器。 n 時(shí)間控制對(duì)計(jì)算機(jī)來說是非常重要的！時(shí)間控制對(duì)計(jì)算機(jī)來說是非常重要的！9.3 9.3 時(shí)序產(chǎn)生器時(shí)序產(chǎn)生器2 2、時(shí)序信號(hào)產(chǎn)生器、時(shí)序信號(hào)產(chǎn)生器p計(jì)算機(jī)的協(xié)調(diào)動(dòng)作需要時(shí)間標(biāo)志，而時(shí)間標(biāo)志則是用計(jì)算機(jī)的協(xié)調(diào)動(dòng)作需要時(shí)間標(biāo)志，而時(shí)間標(biāo)志則是用時(shí)序時(shí)序信號(hào)信號(hào)來體現(xiàn)的。來體現(xiàn)的。n 構(gòu)成：構(gòu)成：p時(shí)鐘源時(shí)鐘源p環(huán)形脈沖發(fā)生器環(huán)形脈沖發(fā)生器p節(jié)拍脈沖、讀寫時(shí)序譯碼邏輯節(jié)拍脈沖、讀寫時(shí)序譯碼邏輯p啟?？刂七壿媶⑼？刂七壿嬛醒胩幚砥鱐40的下降沿采樣的下降沿采樣啟啟/停信號(hào)的狀態(tài)停信號(hào)的狀態(tài) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15C4C1C2C3R

20、DRDWEWET1T2T3T4CPU周期周期CPU周期周期CPU周期周期T4O=C1T1O=C1C2T2O=C2C3T3O=C3RDO=C2RDWEO=C3WE9.4 9.4 硬布線控制器硬布線控制器1 1、實(shí)現(xiàn)方法、實(shí)現(xiàn)方法p通過邏輯電路直接連線而產(chǎn)生的，又稱為組合邏輯控制方通過邏輯電路直接連線而產(chǎn)生的，又稱為組合邏輯控制方式式2 2、設(shè)計(jì)目標(biāo)、設(shè)計(jì)目標(biāo)p使用最少元件（復(fù)雜的樹形網(wǎng)絡(luò)）使用最少元件（復(fù)雜的樹形網(wǎng)絡(luò)）p速度最高速度最高9.4 9.4 硬布線控制器硬布線控制器樹形邏輯網(wǎng)絡(luò)樹形邏輯網(wǎng)絡(luò)N節(jié)拍電位節(jié)拍電位/節(jié)拍脈沖發(fā)節(jié)拍脈沖發(fā)生器生器指令指令譯碼器譯碼器指令寄存器指令寄存器啟動(dòng)啟動(dòng)停

21、止停止時(shí)鐘時(shí)鐘復(fù)位復(fù)位M1MiT1TkC1Cn微操作控制信號(hào)微操作控制信號(hào)B1BjI1ImIR硬布線控制器結(jié)構(gòu)方框圖硬布線控制器結(jié)構(gòu)方框圖來自指令操作碼來自指令操作碼（OPOP）譯碼器的）譯碼器的輸出輸出ImIm； 來自執(zhí)行部件的來自執(zhí)行部件的反饋信息反饋信息Bj Bj 來自時(shí)序產(chǎn)生器的來自時(shí)序產(chǎn)生器的時(shí)序信號(hào)，包括節(jié)時(shí)序信號(hào)，包括節(jié)拍電位信號(hào)拍電位信號(hào)M M和節(jié)和節(jié)拍脈沖信號(hào)拍脈沖信號(hào)T T 邏輯網(wǎng)絡(luò)邏輯網(wǎng)絡(luò)N N的輸出信號(hào)的輸出信號(hào)就就是微操作控制信號(hào)，它用是微操作控制信號(hào)，它用來對(duì)執(zhí)行部件進(jìn)行控制。來對(duì)執(zhí)行部件進(jìn)行控制。 硬布線控制器的基本原理硬布線控制器的基本原理：C=f(Im,Mi,

22、Tk,Bj)9.4 9.4 硬布線控制器硬布線控制器3 3、微操作控制信號(hào)產(chǎn)生、微操作控制信號(hào)產(chǎn)生p在硬聯(lián)線控制器中，某一微操作控制信號(hào)由布爾代數(shù)表達(dá)在硬聯(lián)線控制器中，某一微操作控制信號(hào)由布爾代數(shù)表達(dá)式描述的輸出函數(shù)產(chǎn)生。式描述的輸出函數(shù)產(chǎn)生。p設(shè)計(jì)微操作控制信號(hào)的方法和過程是，根據(jù)所有機(jī)器指令設(shè)計(jì)微操作控制信號(hào)的方法和過程是，根據(jù)所有機(jī)器指令流程圖，尋找出產(chǎn)生同一個(gè)微操作信號(hào)的所有條件，并與流程圖，尋找出產(chǎn)生同一個(gè)微操作信號(hào)的所有條件，并與適當(dāng)?shù)墓?jié)拍電位和節(jié)拍脈沖組合，從而寫出其布爾代數(shù)表適當(dāng)?shù)墓?jié)拍電位和節(jié)拍脈沖組合，從而寫出其布爾代數(shù)表達(dá)式并進(jìn)行簡化，然后用門電路或可編程器件來實(shí)現(xiàn)。達(dá)式并

23、進(jìn)行簡化，然后用門電路或可編程器件來實(shí)現(xiàn)。9.4 9.4 硬布線控制器硬布線控制器4 4、設(shè)計(jì)步驟、設(shè)計(jì)步驟（1 1）畫出指令流程圖）畫出指令流程圖 （2 2）列出微操作時(shí)間表）列出微操作時(shí)間表l將指令流程圖中的微操作合理地安排到各個(gè)機(jī)器周期的將指令流程圖中的微操作合理地安排到各個(gè)機(jī)器周期的相應(yīng)節(jié)拍和脈沖中去；相應(yīng)節(jié)拍和脈沖中去；l微操作時(shí)間表形象地表明：什么時(shí)間、根據(jù)什么條件發(fā)微操作時(shí)間表形象地表明：什么時(shí)間、根據(jù)什么條件發(fā)出哪些微操作信號(hào)。出哪些微操作信號(hào)。9.4 9.4 硬布線控制器硬布線控制器4 4、設(shè)計(jì)步驟、設(shè)計(jì)步驟（3 3）進(jìn)行微操作信號(hào)的綜合）進(jìn)行微操作信號(hào)的綜合l當(dāng)列出所有指令

24、的微操作時(shí)間表之后，需要對(duì)它們進(jìn)行當(dāng)列出所有指令的微操作時(shí)間表之后，需要對(duì)它們進(jìn)行綜合分析，把凡是要執(zhí)行某一微操作的所有條件綜合分析，把凡是要執(zhí)行某一微操作的所有條件( (哪條指哪條指令、哪個(gè)機(jī)器周期、哪個(gè)節(jié)拍和脈沖等令、哪個(gè)機(jī)器周期、哪個(gè)節(jié)拍和脈沖等) )都考慮在內(nèi)，加都考慮在內(nèi)，加以分類組合，列出各微操作產(chǎn)生的邏輯表達(dá)式，然后加以分類組合，列出各微操作產(chǎn)生的邏輯表達(dá)式，然后加以簡化，使邏輯表達(dá)式更為合理。以簡化，使邏輯表達(dá)式更為合理。（4 4）實(shí)現(xiàn)電路）實(shí)現(xiàn)電路 l根據(jù)整理并化簡的邏輯表達(dá)式組，可以用一系列組合邏根據(jù)整理并化簡的邏輯表達(dá)式組，可以用一系列組合邏輯電路加以實(shí)現(xiàn)，根據(jù)邏輯表達(dá)式

25、畫出邏輯電路圖，用輯電路加以實(shí)現(xiàn)，根據(jù)邏輯表達(dá)式畫出邏輯電路圖，用邏輯門電路的組合來實(shí)現(xiàn)，也可以直接根據(jù)邏輯表達(dá)式邏輯門電路的組合來實(shí)現(xiàn)，也可以直接根據(jù)邏輯表達(dá)式，用，用PLAPLA或其他邏輯電路實(shí)現(xiàn)?；蚱渌壿嬰娐穼?shí)現(xiàn)。9.4 9.4 硬布線控制器硬布線控制器取指M1例：M2M3LdAR, Rd(I), LdDR, LdIR, PC+1, LdPCLdARRd(D)LdR0LdDR,LdR1LdR2LdARWE(D)LdPC9.4 9.4 硬布線控制器硬布線控制器n 根據(jù)圖，寫出以下操作控制信號(hào)根據(jù)圖，寫出以下操作控制信號(hào)RD(I)RD(I)、RD(D)RD(D)、WE(D)WE(D)、LD

26、PCLDPC、LDIRLDIR、LDARLDAR、LDDRLDDR、PC+1PC+1、LDR2LDR2的邏輯表達(dá)式。的邏輯表達(dá)式。其中每個(gè)操作控制信號(hào)的含義是：其中每個(gè)操作控制信號(hào)的含義是：pRDRD（I I）指存讀命令指存讀命令pRDRD（D D）數(shù)存讀命令數(shù)存讀命令pWEWE（D D）數(shù)存寫命令數(shù)存寫命令pLDPCLDPC打入程序計(jì)數(shù)器打入程序計(jì)數(shù)器pLDIRLDIR打入指令寄存器打入指令寄存器pLDARLDAR打入數(shù)存地址寄存器打入數(shù)存地址寄存器pLDDRLDDR打入數(shù)據(jù)緩沖寄存器打入數(shù)據(jù)緩沖寄存器pPC+1PC+1程序計(jì)數(shù)器加程序計(jì)數(shù)器加1 1pLDR1, LDR1, LDR2LDR2

27、打入打入RIRI寄存器寄存器9.4 9.4 硬布線控制器硬布線控制器節(jié)拍節(jié)拍電位電位脈脈沖沖LDARLDDRLDIRM1T1T2MOV、LAD、ADD、STO、JMPT3MOV、LAD、ADD、STO、JMPT4MOV、LAD、ADD、STO、JMPM2T1T2T3T4LAD、STOM3T1T2T3LADT49.4 9.4 硬布線控制器硬布線控制器n 進(jìn)行微操作信號(hào)的綜合進(jìn)行微操作信號(hào)的綜合 圖中五條指令的微操作控制信號(hào)舉例圖中五條指令的微操作控制信號(hào)舉例: : LDAR=M1LDAR=M1T2+M2(LAD+ST0)T2+M2(LAD+ST0)T4T4 LDDR=M1 LDDR=M1T3+M

28、3(LAD)T3+M3(LAD)T3T3 LDIR=M1 LDIR=M1T4T4 其中其中M1M1、M2M2、M3M3是三個(gè)節(jié)拍電位信號(hào)；是三個(gè)節(jié)拍電位信號(hào)；T3T3、T4T4為時(shí)鐘周期信號(hào)；為時(shí)鐘周期信號(hào)；ADDADD、STOSTO、JMPJMP是指令是指令OPOP字段字段譯碼器的輸出信號(hào)。譯碼器的輸出信號(hào)。n 最后給出電路最后給出電路9.5 9.5 微程序控制器微程序控制器n 發(fā)展發(fā)展p微程序的概念和原理是由英國劍橋大學(xué)的微程序的概念和原理是由英國劍橋大學(xué)的MMV VWilkesWilkes教授教授于于19511951年在曼徹斯特大學(xué)計(jì)算機(jī)會(huì)議上首先提出來的，當(dāng)年在曼徹斯特大學(xué)計(jì)算機(jī)會(huì)議上

29、首先提出來的，當(dāng)時(shí)還沒有合適的存放微程序的控制存儲(chǔ)器的元件。時(shí)還沒有合適的存放微程序的控制存儲(chǔ)器的元件。p到到19641964年，年，IBMIBM公司在公司在IBM 360IBM 360系列機(jī)上成功地采用了微系列機(jī)上成功地采用了微程序設(shè)計(jì)技術(shù)。程序設(shè)計(jì)技術(shù)。p2020世紀(jì)世紀(jì)7070年代以來，由于年代以來，由于VLSIVLSI技術(shù)的發(fā)展，推動(dòng)了微程序技術(shù)的發(fā)展，推動(dòng)了微程序設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用。設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用。p目前，從大型機(jī)到小型機(jī)、微型機(jī)都普遍采用了微程序設(shè)目前，從大型機(jī)到小型機(jī)、微型機(jī)都普遍采用了微程序設(shè)計(jì)技術(shù)。計(jì)技術(shù)。9.5 9.5 微程序控制器微程序控制器n 基本思想基本思想p

30、仿照解題的方法，把操作控制信號(hào)編制成微指令，存放到仿照解題的方法，把操作控制信號(hào)編制成微指令，存放到控制存儲(chǔ)器里控制存儲(chǔ)器里，運(yùn)行時(shí)，從控存中取出微指令，產(chǎn)生指令，運(yùn)行時(shí)，從控存中取出微指令，產(chǎn)生指令運(yùn)行所需的操作控制信號(hào)。從上述可以看出，微程序設(shè)計(jì)運(yùn)行所需的操作控制信號(hào)。從上述可以看出，微程序設(shè)計(jì)技術(shù)是用軟件方法來設(shè)計(jì)硬件的技術(shù)。技術(shù)是用軟件方法來設(shè)計(jì)硬件的技術(shù)。9.5 9.5 微程序控制器微程序控制器n 基本概念：微命令與微操作基本概念：微命令與微操作n 微命令：控制部件向執(zhí)行部件發(fā)出的各種控制命令微命令：控制部件向執(zhí)行部件發(fā)出的各種控制命令叫作微命令，它是構(gòu)成控制序列的最小單位。叫作微命

31、令，它是構(gòu)成控制序列的最小單位。p例如：打開或關(guān)閉某個(gè)控制門的電位信號(hào)、某個(gè)寄存器的例如：打開或關(guān)閉某個(gè)控制門的電位信號(hào)、某個(gè)寄存器的打入脈沖等。打入脈沖等。p微命令是控制計(jì)算機(jī)各部件完成某個(gè)基本微操作的命令。微命令是控制計(jì)算機(jī)各部件完成某個(gè)基本微操作的命令。n 微操作：是微命令的操作過程。微操作：是微命令的操作過程。p微命令和微操作是一一對(duì)應(yīng)的。微命令和微操作是一一對(duì)應(yīng)的。p微命令是微操作的控制信號(hào)，微操作是微命令的操作過程微命令是微操作的控制信號(hào)，微操作是微命令的操作過程1. 1.微操作是執(zhí)行部件中最基本的操作。微操作是執(zhí)行部件中最基本的操作。9.5 9.5 微程序控制器微程序控制器n 基

32、本概念：微命令與微操作基本概念：微命令與微操作n 由于數(shù)據(jù)通路的結(jié)構(gòu)關(guān)系，微操作可分為相容的和由于數(shù)據(jù)通路的結(jié)構(gòu)關(guān)系，微操作可分為相容的和互斥的兩種：互斥的兩種：p互斥的微操作，是指不能同時(shí)或不能在同一個(gè)節(jié)拍內(nèi)并行互斥的微操作，是指不能同時(shí)或不能在同一個(gè)節(jié)拍內(nèi)并行執(zhí)行的微操作?？梢跃幋a執(zhí)行的微操作?？梢跃幋ap相容的微操作，是指能夠同時(shí)或在同一個(gè)節(jié)拍內(nèi)并行執(zhí)行相容的微操作，是指能夠同時(shí)或在同一個(gè)節(jié)拍內(nèi)并行執(zhí)行的微操作。必須各占一位的微操作。必須各占一位n 舉例見下圖舉例見下圖9.5 9.5 微程序控制器微程序控制器n 基本概念：基本概念： 微命令與微操作微命令與微操作9.5 9.5 微程序控制器

33、微程序控制器n 基本概念：基本概念： 微指令與微程序微指令與微程序3.3. 微指令：把微指令：把在同一在同一CPUCPU周期內(nèi)周期內(nèi)并行執(zhí)行的微操作控制并行執(zhí)行的微操作控制信息，存儲(chǔ)在控制存儲(chǔ)器里，稱為一條微指令。信息，存儲(chǔ)在控制存儲(chǔ)器里，稱為一條微指令。p是微命令的組合，微指令存儲(chǔ)在控制器中的控制存儲(chǔ)器中是微命令的組合，微指令存儲(chǔ)在控制器中的控制存儲(chǔ)器中p一條微指令通常至少包含兩大部分信息：一條微指令通常至少包含兩大部分信息：l操作控制字段，又稱微操作碼字段，用以產(chǎn)生某一步操操作控制字段，又稱微操作碼字段，用以產(chǎn)生某一步操作所需的各個(gè)微操作控制信號(hào)。作所需的各個(gè)微操作控制信號(hào)。某位為某位為1

34、 1，表明發(fā)微命令，表明發(fā)微命令微指令發(fā)出的控制信號(hào)都是節(jié)拍電位信號(hào)，持續(xù)時(shí)間為一個(gè)微指令發(fā)出的控制信號(hào)都是節(jié)拍電位信號(hào)，持續(xù)時(shí)間為一個(gè)CPUCPU周期周期微命令信號(hào)還要引入時(shí)間控制微命令信號(hào)還要引入時(shí)間控制l順序控制字段，又稱微地址碼字段，用以控制產(chǎn)生下一順序控制字段，又稱微地址碼字段，用以控制產(chǎn)生下一條要執(zhí)行的微指令地址。條要執(zhí)行的微指令地址。9.5 9.5 微程序控制器微程序控制器n 基本概念：基本概念： 微指令與微程序微指令與微程序n 微指令基本格式微指令基本格式9.5 9.5 微程序控制器微程序控制器n 基本概念：基本概念： 微指令與微程序微指令與微程序4 4、微程序微程序p一系列微

35、指令的有序集合就是微程序。一系列微指令的有序集合就是微程序。l一段微程序?qū)?yīng)一條機(jī)器指令。一段微程序?qū)?yīng)一條機(jī)器指令。l微地址微地址：存放微指令的控制存儲(chǔ)器的單元地址：存放微指令的控制存儲(chǔ)器的單元地址n 下面我們舉一個(gè)十進(jìn)制加法指令為實(shí)例。下面我們舉一個(gè)十進(jìn)制加法指令為實(shí)例。9.5 9.5 微程序控制器微程序控制器n 舉例舉例微程序：中央處理器9.5 9.5 微程序控制器微程序控制器n 微程序控制器原理微程序控制器原理9.5 9.5 微程序控制器微程序控制器n 微程序控制器原理微程序控制器原理n 控制存儲(chǔ)器控制存儲(chǔ)器(CM)(CM) p這是微程序控制器的核心部件，用來存放微程序。其性能這是微程

36、序控制器的核心部件，用來存放微程序。其性能( (包括容量、速度、可靠性等包括容量、速度、可靠性等) )與計(jì)算機(jī)的性能密切相關(guān)。與計(jì)算機(jī)的性能密切相關(guān)。n 微指令寄存器微指令寄存器(IR)(IR)p用來存放從用來存放從CMCM取出的正在執(zhí)行的微指令，它的位數(shù)同微取出的正在執(zhí)行的微指令，它的位數(shù)同微指令字長相等。指令字長相等。n 微地址形成部件微地址形成部件p用來產(chǎn)生初始微地址和后繼微地址，以保證微指令的連續(xù)用來產(chǎn)生初始微地址和后繼微地址，以保證微指令的連續(xù)執(zhí)行。執(zhí)行。n 微地址寄存器微地址寄存器(MAR) (MAR) p它接受微地址形成部件送來的微地址，為下一步從它接受微地址形成部件送來的微地址

37、，為下一步從CMCM中中讀取微指令作準(zhǔn)備。讀取微指令作準(zhǔn)備。9.5 9.5 微程序控制器微程序控制器n 微程序控制器的工作過程微程序控制器的工作過程(1)(1)執(zhí)行取指令的公共操作。取指令的公共操作通常由一段取指微執(zhí)行取指令的公共操作。取指令的公共操作通常由一段取指微程序來完成，在機(jī)器開始運(yùn)行時(shí)，自動(dòng)將取指微程序的入口微程序來完成，在機(jī)器開始運(yùn)行時(shí)，自動(dòng)將取指微程序的入口微地址送地址送MARMAR，并從，并從CMCM中讀出相應(yīng)的微指令送入中讀出相應(yīng)的微指令送入IRIR。微。微指令的操作控制字段產(chǎn)生有關(guān)的微命令，用來控制實(shí)現(xiàn)取機(jī)器指令的操作控制字段產(chǎn)生有關(guān)的微命令，用來控制實(shí)現(xiàn)取機(jī)器指令的公共操

38、作。取指微程序的入口地址一般為指令的公共操作。取指微程序的入口地址一般為CMCM的的0 0號(hào)號(hào)單元，當(dāng)取指微程序執(zhí)行完后，從主存中取出的機(jī)器指令就已單元，當(dāng)取指微程序執(zhí)行完后，從主存中取出的機(jī)器指令就已存入指令寄存器存入指令寄存器IRIR中了。中了。(2)(2)由機(jī)器指令的操作碼字段通過微地址形成部件產(chǎn)生出該機(jī)器由機(jī)器指令的操作碼字段通過微地址形成部件產(chǎn)生出該機(jī)器指令所對(duì)應(yīng)的微程序的入口地址，并送入指令所對(duì)應(yīng)的微程序的入口地址，并送入MARMAR(3)(3)從從CMCM中逐條取出對(duì)應(yīng)的微指令并執(zhí)行之，每條微指令都能中逐條取出對(duì)應(yīng)的微指令并執(zhí)行之，每條微指令都能自動(dòng)產(chǎn)生下一條微指令的地址。自動(dòng)產(chǎn)

39、生下一條微指令的地址。9.5 9.5 微程序控制器微程序控制器n 微程序控制器的工作過程微程序控制器的工作過程(4)(4)一條機(jī)器指令對(duì)應(yīng)的微程序的最后一條微指令執(zhí)行完畢后，一條機(jī)器指令對(duì)應(yīng)的微程序的最后一條微指令執(zhí)行完畢后，其下一條微指令地址又回到取指微程序的人口地址，從而繼續(xù)其下一條微指令地址又回到取指微程序的人口地址，從而繼續(xù)第第(1)(1)步，以完成取下條機(jī)器指令的公共操作。步，以完成取下條機(jī)器指令的公共操作。n 以上是一條機(jī)器指令的執(zhí)行過程，如此周而復(fù)始，直以上是一條機(jī)器指令的執(zhí)行過程，如此周而復(fù)始，直到整個(gè)程序的所有機(jī)器指令執(zhí)行完畢。到整個(gè)程序的所有機(jī)器指令執(zhí)行完畢。9.5 9.5

40、 微程序控制器微程序控制器n 機(jī)器指令與微指令的關(guān)系機(jī)器指令與微指令的關(guān)系求求解解問問題題的的算算法法ADD R1，R2STA M11ii+1m主存主存ADD指令指令的微程序的微程序STA指令指令的微程序的微程序控存控存9.5 9.5 微程序控制器微程序控制器n 設(shè)計(jì)微指令結(jié)構(gòu)應(yīng)當(dāng)追求的目標(biāo)是：設(shè)計(jì)微指令結(jié)構(gòu)應(yīng)當(dāng)追求的目標(biāo)是： (1) (1) 有利于縮短微指令字的長度；有利于縮短微指令字的長度； (2) (2) 有利于減小控制存儲(chǔ)器的容量；有利于減小控制存儲(chǔ)器的容量； (3) (3) 有利于提高微程序的執(zhí)行速度；有利于提高微程序的執(zhí)行速度； (4) (4) 有利于對(duì)微指令的修改；有利于對(duì)微指令

41、的修改； (5) (5) 有利于提高微程序設(shè)計(jì)的靈活性。有利于提高微程序設(shè)計(jì)的靈活性。9.5 9.5 微程序控制器微程序控制器n 微程序設(shè)計(jì)技術(shù)微程序設(shè)計(jì)技術(shù)（1 1）微命令編碼）微命令編碼（2 2）微地址的形成方法）微地址的形成方法（3 3）微指令格式）微指令格式9.5 9.5 微程序控制器微程序控制器（1 1）微命令編碼）微命令編碼 已知：微指令的一般格式為：已知：微指令的一般格式為：n 微命令編碼，即：操作控制字段設(shè)計(jì)方法。微命令編碼，即：操作控制字段設(shè)計(jì)方法。n 對(duì)微指令中的操作控制字段采用的表示方法。通常對(duì)微指令中的操作控制字段采用的表示方法。通常有以下三種方法有以下三種方法：1.

42、1. 直接表示法直接表示法2. 2. 編碼表示法編碼表示法3. 3. 混合表示法混合表示法操作控制字段順序控制字段9.5 9.5 微程序控制器微程序控制器（1 1）微命令編碼）微命令編碼1. 1. 直接表示法直接表示法n 其特點(diǎn)是: 操作控制字段中的每一位代表一個(gè)微命令n 優(yōu)點(diǎn)是簡單直觀，其輸出直接用于控制。n 缺點(diǎn)是微指令字較長，因而使控制存儲(chǔ)器容量較大。順序控制字段順序控制字段操作控制字段操作控制字段微操作控制信號(hào)微操作控制信號(hào)9.5 9.5 微程序控制器微程序控制器（1 1）微命令編碼）微命令編碼2. 2. 編碼表示法編碼表示法n 把一組把一組相斥性相斥性的微命令信號(hào)組成一個(gè)小組的微命令

43、信號(hào)組成一個(gè)小組( (即一個(gè)字即一個(gè)字段段) ) ，然后通過小組譯碼器進(jìn)行譯碼，產(chǎn)生所對(duì)應(yīng)的，然后通過小組譯碼器進(jìn)行譯碼，產(chǎn)生所對(duì)應(yīng)的微命令信號(hào)，即：譯碼輸出作為操作控制信號(hào)。微命令信號(hào)，即：譯碼輸出作為操作控制信號(hào)。n 其對(duì)應(yīng)的微指令結(jié)構(gòu)如下圖所示。其對(duì)應(yīng)的微指令結(jié)構(gòu)如下圖所示。譯碼譯碼譯碼譯碼譯碼譯碼微命令微命令微命令微命令微命令微命令微操作控制字段微操作控制字段順序控制字段順序控制字段9.5 9.5 微程序控制器微程序控制器（1 1）微命令編碼）微命令編碼2. 2. 編碼表示法編碼表示法n 采用字段譯碼的編碼方法，可以用較小的二進(jìn)制信息采用字段譯碼的編碼方法，可以用較小的二進(jìn)制信息位表示

44、較多的微命令信號(hào)。例如：位表示較多的微命令信號(hào)。例如：3 3位二進(jìn)位譯碼后位二進(jìn)位譯碼后可表示可表示7 7個(gè)微命令，個(gè)微命令，4 4位二進(jìn)制位譯碼后可表示位二進(jìn)制位譯碼后可表示1515個(gè)微個(gè)微命令。命令。n 與直接表示法相比，編碼表示法可使微指令字大大縮與直接表示法相比，編碼表示法可使微指令字大大縮短。但由于增加譯碼電路，使微程序的執(zhí)行速度稍稍短。但由于增加譯碼電路，使微程序的執(zhí)行速度稍稍減慢。目前在微程序控制器設(shè)計(jì)中，字段直接譯碼法減慢。目前在微程序控制器設(shè)計(jì)中，字段直接譯碼法使用較普遍。使用較普遍。 9.5 9.5 微程序控制器微程序控制器（1 1）微命令編碼）微命令編碼3. 3. 混合表

45、示法混合表示法n 混合表示法：混合表示法： 是把直接表示法與字段編碼法混合使是把直接表示法與字段編碼法混合使用，以便綜合考慮指令字長、靈活性、微程序執(zhí)行速用，以便綜合考慮指令字長、靈活性、微程序執(zhí)行速度等方面的要求。度等方面的要求。n 另外另外： 在微指令設(shè)計(jì)中，還可附設(shè)一個(gè)常數(shù)字段。在微指令設(shè)計(jì)中，還可附設(shè)一個(gè)常數(shù)字段。該常數(shù)可作為操作數(shù)送入該常數(shù)可作為操作數(shù)送入ALUALU運(yùn)算，也可作為計(jì)數(shù)器運(yùn)算，也可作為計(jì)數(shù)器初值用來控制微程序循環(huán)次數(shù)等。初值用來控制微程序循環(huán)次數(shù)等。 9.5 9.5 微程序控制器微程序控制器（2 2）微地址的形成方法）微地址的形成方法n 就是順序控制字段的設(shè)計(jì)方法就是

46、順序控制字段的設(shè)計(jì)方法微程序入口地址的確定微程序入口地址的確定1 1、執(zhí)行、執(zhí)行“取機(jī)器指令取機(jī)器指令”微程序微程序p通常放在通常放在CMCM的的0 0號(hào)或號(hào)或1 1號(hào)單元開始的一段連續(xù)單元中，它將號(hào)單元開始的一段連續(xù)單元中，它將一條機(jī)器指令從內(nèi)存取出，送到一條機(jī)器指令從內(nèi)存取出，送到IRIR。2 2、根據(jù)機(jī)器指令的操作碼指出微程序的入口地址根據(jù)機(jī)器指令的操作碼指出微程序的入口地址( (初始微地址初始微地址) )，這是一種多分支，這是一種多分支( (多路轉(zhuǎn)移多路轉(zhuǎn)移) )的情況。的情況?？捎每捎肞ROMPROM或或PLAPLA芯片直芯片直接得到入口地址。接得到入口地址。 9.5 9.5 微程序

47、控制器微程序控制器（2 2）微地址的形成方法）微地址的形成方法n 就是順序控制字段的設(shè)計(jì)方法就是順序控制字段的設(shè)計(jì)方法后續(xù)（后繼）微地址的產(chǎn)生后續(xù)（后繼）微地址的產(chǎn)生n 實(shí)際上是如何確定下一條微指令的地址問題。通常，產(chǎn)生后繼實(shí)際上是如何確定下一條微指令的地址問題。通常，產(chǎn)生后繼微地址有兩種方法：微地址有兩種方法： 1. 1. 計(jì)數(shù)器方式計(jì)數(shù)器方式2. 2. 多路轉(zhuǎn)移方式多路轉(zhuǎn)移方式9.5 9.5 微程序控制器微程序控制器（2 2）微地址的形成方法）微地址的形成方法1. 1. 計(jì)數(shù)器方式計(jì)數(shù)器方式n 借鑒了用借鑒了用PCPC計(jì)數(shù)產(chǎn)生機(jī)器指令地址的方法，在微程計(jì)數(shù)產(chǎn)生機(jī)器指令地址的方法，在微程序控

48、制器中設(shè)置一個(gè)硬件計(jì)數(shù)器叫微程序計(jì)數(shù)器序控制器中設(shè)置一個(gè)硬件計(jì)數(shù)器叫微程序計(jì)數(shù)器PCPC；n 順序執(zhí)行微程序時(shí)，（順序執(zhí)行微程序時(shí)，（PCPC）+1+1PCPC；n 微程序出現(xiàn)轉(zhuǎn)移時(shí)，由微指令地址字段中轉(zhuǎn)移部分結(jié)微程序出現(xiàn)轉(zhuǎn)移時(shí)，由微指令地址字段中轉(zhuǎn)移部分結(jié)合轉(zhuǎn)移條件把新地址送入合轉(zhuǎn)移條件把新地址送入PCPC。圖示：。圖示：n 計(jì)數(shù)器方式計(jì)數(shù)器方式的特點(diǎn)：的特點(diǎn)：p微指令字較短，微地址產(chǎn)生機(jī)構(gòu)簡單；p多分支能力弱，CM物理地址分配不方便。9.5 9.5 微程序控制器微程序控制器（2 2）微地址的形成方法）微地址的形成方法1. 1. 計(jì)數(shù)器方式計(jì)數(shù)器方式9.5 9.5 微程序控制器微程序控制器（

49、2 2）微地址的形成方法）微地址的形成方法2. 2. 多路轉(zhuǎn)移方式多路轉(zhuǎn)移方式n 一條微指令存在多個(gè)轉(zhuǎn)移分支的情況稱為一條微指令存在多個(gè)轉(zhuǎn)移分支的情況稱為多路轉(zhuǎn)移多路轉(zhuǎn)移。n 后繼微程序地址可由設(shè)計(jì)者指定或由設(shè)計(jì)者指定的測(cè)后繼微程序地址可由設(shè)計(jì)者指定或由設(shè)計(jì)者指定的測(cè)試判別字段控制產(chǎn)生。試判別字段控制產(chǎn)生。n 多路轉(zhuǎn)移方式的微指令格式：多路轉(zhuǎn)移方式的微指令格式：OPOP測(cè)試判別字段測(cè)試判別字段下址下址9.5 9.5 微程序控制器微程序控制器（2 2）微地址的形成方法）微地址的形成方法2. 2. 多路轉(zhuǎn)移方式多路轉(zhuǎn)移方式n 舉例舉例: :n 下圖為一微程序流程圖下圖為一微程序流程圖, ,每一個(gè)方

50、框代表一條每一個(gè)方框代表一條微指令微指令，分別用字符，分別用字符A-PA-P表示其執(zhí)行的表示其執(zhí)行的微操作微操作，其中第一處，其中第一處分支為機(jī)器指令取指后的四路分支，由分支為機(jī)器指令取指后的四路分支，由IR1IR1，IR0IR0組合組合確定分支流向；第二處分支為按運(yùn)算結(jié)果中狀態(tài)位確定分支流向；第二處分支為按運(yùn)算結(jié)果中狀態(tài)位Z Z的值進(jìn)行兩路分支。的值進(jìn)行兩路分支。n 問題：根據(jù)給定的微程序流程如何設(shè)計(jì)微指令的順序問題：根據(jù)給定的微程序流程如何設(shè)計(jì)微指令的順序控制字段，及如何為每條微指令分配一個(gè)微地址?？刂谱侄危叭绾螢槊織l微指令分配一個(gè)微地址。A AB BC CD DH HL LP PE E

51、F FI IMMJ JNNG GK KOO（1 1）根據(jù)）根據(jù)IRIR1 1、IRIR0 0做四路分支做四路分支（2 2）根據(jù)運(yùn)算結(jié)果狀態(tài)位）根據(jù)運(yùn)算結(jié)果狀態(tài)位Z Z的的值做兩路分支值做兩路分支該微程序有兩處分支該微程序有兩處分支: :IRIR1 1IRIR0 0=00=00IRIR1 1IRIR0 0=01=01IRIR1 1IRIR0 0=10=10IRIR1 1IRIR0 0=11=11（1 1）（2 2） Z=0Z=0Z=1Z=1解解: : 先確定微指令格式中順序控制字段的安排。先確定微指令格式中順序控制字段的安排。（1 1）下址字段位數(shù)）下址字段位數(shù)APAP共為共為1616條微指令，需要條微指令，需要1616個(gè)個(gè)微地址，故用微地址，故用4 4位；位；（2 2）測(cè)試條件字段）測(cè)試條件字段P P的位數(shù)的位數(shù)2 2位（描述后繼地址的形位（描述后繼地址的形成條件）。成條件）。OPOP測(cè)試條件測(cè)試條件P P下地址下地址0000取下地址取下地址0101按按IR1IR1、IR0IR0轉(zhuǎn)移（修改末兩位）轉(zhuǎn)移（修改末兩位）1010按按C Cz z值轉(zhuǎn)移（修改末一位）值轉(zhuǎn)移（修改末一位）11 11空空再考慮微地址的分配。微地址分配的關(guān)鍵是帶有分支再考慮微地址的分配。微地址分配